Özel rölativite teorisinin sonuçları, pekçok fizikçi tarafından, nükleer ve yüksek enerji fiziğinin hesaplamalarında, istisnasız hiçbir değişikliğe uğramadan kabul gördü. Teorinin deneysel çalışmalarının sonuçlarına ek olarak, bazı doğrudan ve sağlam kanıtları da vardır. Fiziğin bu bölümünü anlatan deneylerle okuyucular çok bilgili olmadığından, bu tür deneylerin detaylarını açıklamak mümkün olmayacaktır. Bu amaçla, özel rölativite teorisini doğrulayan bazı deneyleri kısaca aşağıdaki başlıklar altında toplayabiliriz.

A.    Hızın, kütle artışı ile değişimi

B.    Uzunluk daralması, zaman genleşmesi

C.    Rölativistik kütle-enerji ilişkisi

D.    Hızların toplamı

E.     Rölativistik Doppler etkisi

A – Hızın, Kütle Artışı İle Değişimi

Özel rölativite teorisini ispatlamak için yapılan ilk deney 1909’da Bucherer⁽⁷⁾ tarafından hız ile  kütlenin değişiminin ölçülmesi veya m=m_o… ile yapıldı.

Beta parçacıklarını ayrıştırarak veya küçük parçalara ayırarak, radyoaktif bir kaynaktan elektron huzmesi elde edildi. Huzmedeki bu elektronların hızı, 0 ile c’den daha küçük olan maksimum değerler arasındaydı. Tanımlanan hızda bir elektron huzmesi veya tek-enerjili enerji elde etmek için beta parçacıkları önce hız selektörü gibi çalışan elektrik ve manyetik alanların uygun bir kombinasyonuna yerleştirildi. Harekete geçen elektron huzmesi, daha sonra düzgün bir manyetik alana girdi ve bir yay çizerek saptı. Bu elektron huzmesinin menzili, elektronların hızıyla tanımlanır. Bu saptırılan elektronlar, bir foto grafik filme ulaştı. Film üzerindeki izlerden, kütle ve yük oranı e/m, kolayca elde edildi.

Hız (selector-ayrıştırıcı) dan gelen elektronların hızlarına v diyelim. Elektronların yükü e, kütlesi de m olsun ve bu elektronların geçtikleri düzgün manyetik alana B diyelim. Hareket ettikleri dairesel yörüngenin yarıçapı da r olsun.

                                                                                                            (1)

veya,

Eğer biz ’ i yerine koyarsak,

                                                                   (2)

buluruz.

Klasik olarak elektronların çizdiği dairesel yolun yarıçapı,

                                                                                                                   (3)

Rölativistik olarak r,

                                                                                                (4)

olur.

Bucherer’ın deneyinin sonuçları, Tablo (1)’de görülebilir.

Tablo (1)

BUCHERER’in DENEYSEL SONUÇLARI

Tablo (1)’de görüldüğü gibi e/m oranı değişmediği halde e/m_o oranı değişmiştir. Yani doğrulanmıştır.

İlk deneyden beri, farklı parçacıklar ve daha yüksek hızlar için birçok deney yapılmıştır.. Kütle-hız formülü %0.1’den daha iyi bir yaklaşıklıkla yapılmıştır. Açıkça tanımlanan hızlar elde etmek için, yüksek enerji hızlandırıcıları kullanarak, bu konudaki en son deneyler Bertozzi⁽⁸⁾ tarafından yapılmıştır. Sonuçlar kütle-hız arasındaki formülü doğrulamıştır.

Denklem (2) ile (4)’nin karşılaştırılması ile, eğer m kütlesi yerine e yükünü koyarsak ve hızın  ile değişebileceğini varsayarsak, Tablo (1)’de verilen sonuçları açıklayabiliriz. Ancak rölativistik elektrodinamiğin sonuçlarına göre bir parçacığın yükü hız ile değişmez. Eğer bu doğru değilse, bir atomun yükünün nötralize olması veya diğer parçacık sistemleri, parçacıkların hareketinin bir fonksiyonu olacaktı. Yükün sabit bir büyüklük olduğu varsayımı, Fleishmann-Kollath⁽⁹⁾ ve ayrıca Kollath-Menzel⁽¹⁰⁾ tarafından deneysel olarak ispatlanmıştı.

II. 4. B – Uzunluk Daralması ve Zaman Genleşmesi

Lorentz uzunluk daralması ve zaman genleşmesini anlatan en ilginç deney, mezon parçacıklarının bozunmasıyla yapıldı. Mezonların kütleleri, durgun elektron ile durgun proton kütlesi arasındadır ve taşıdıkları yük pozitif, negatif veya nötr olabilir. Mezonlar sabit parçacıklar değildir ve farklı mezonlar farklı karakteristik yarıömürler ile bozunabilirler. Yarıömür (T_1/2), parçacığın yarısının bozunduğu zaman aralığı olarak tanımlanır. Biz tartışmamızı, yüklü pi mezonları veya pionları (p⁺ veya p^- mezonları) ile limitleyeceğiz. Pi mezonları ve pionları elektronun durgun kütlesinin 279 katıdır ve yarıömürleri T_1/2= 1.77 x 10^-8 sn’dir. Yani eğer biz, t=0’da 100p mezonuna sahipsek t=1 x 1.77 x 10^-8 sn sonra sadece 50 adet kalacaktır. t= 2 x 1.77 x 10^-8 sn sonra geriye 25 tane kalacaktır ve böyle sürüp gidecektir.

Yüksek enerjili p mezonları, laboratuvar ortamında hızlandırıcı yardımıyla elde edilen proton hüzmelerinin Be(Berilyum) veya B(Baryum) gibi hafif metalleri bombardımanı sonucu elde edilirler. Tipik iyi bir p mezon hüzmesi, hızlandırıcıyı 0.99c veya 2.97 x 10⁸ sn hız ile terkederler. Hedeften 39m mesafede ışınların şiddetinin, orijinal değerinin 1.5 katı azaldığı gözlenmiştir. Yarıömrün tanımına bağlı kalarak, p mezon için 1.77 x 10^-8     sn olan yarıömre bağlı kalarak, yoğunluğun yarıya indiği orijinden olan uzaklık, x = v.t = 2,97 x 10⁸ m/s x 1.77 x 10^-8 sn = 5,25 m olarak bulunur ve bu, ölçülen değer olan 39 m ile uyuşmamaktadır. Eğer, hesaplama sırasında, aşağıda gösterildiği gibi özel referans sistemleri kullanılırsa, ortaya çıkan fark uzunluk daralması veya zaman genleşmesi kullanılarak düzeltilebilir.

(i)       Uzunluk Daralması (p mezonunun referans sistemi kullanılarak)

p mezon durgunken veya kendi referans sistemindeyken, yarıömrü 1.77 x 10^-8 sn’dir. p mezonu, laboratuvar sistemine göre v = 0.99c ’lik bir hızla hareket etmeye başlasın. Laboratuvar sistemi 0.99c’lik bir göreli hızla hareket ettiğinde de p mezonunun durgun olduğunu söyleyebiliriz. Laboratuvar sisteminde p mezonunun aldığı yol 39m olarak ölçülürken, kendi referans sisteminde ölçüldüğünde bunun 39m’den daha kısa olduğu  görünmektedir,

ve bu Dt¢ zamanına karşılık gelmektedir (veya bu durumda yarıömüre karşılık gelir).

bu da p mezonun kendi referans çatısındaki yarılanma ömrünün tam değeridir. Böyle uzunluk daralması hipoteziyle fark ortadan kaldırılmış olur.

            Laboratuvar çatısındaki bir gözlem noktasından inceleme yaparak da problemin çözümüne ulaşabiliriz.

(ii)     Zaman Genleşmesi (Laboratuvar referans çatısı kullanılarak)

Mezonun kendi referans çatısındaki Dt zamanındaki yarıömrü T_1/2= 1.77 x 10^-8 sn iken, laboratuvar referans çatısında ölçülen mesafe, 39m’dir. Laboratuvar çatısında ölçülen Dt¢ zamanı,

Eğer, mezon v = 0.99c = 2,97 x 10⁸ m/s ’lik hızla hareket ederse, laboratuvarda katedilen mesafenin hesabında kullanılacak zaman Dt¢ = 1,3 x 10^-7   sn olmalıdır. Böylece,

x = (2.97 x 10⁸ m/s) x (1.3 x 10^-7 sn) = 39 m

bulunur ve bu da ölçülen değerle aynıdır.

            m mezon için yapılan hesaplamalarda, dış atmosferden dünyaya gelen kozmik radyasyondan yararlanılmıştır. Bu hesaplamalar, ayrıntılı olarak Frisch ve Smith⁽¹¹⁾ tarafından yapılmıştır.

II. 4. C – Rölativistik Enerji-Kütle İlişkisi

Enerji-kütle ilişkisini veren E = mc² denklemi kabul görmüştü ve deneysel olarak de en az 10⁵ mertebesinde kanıtlanmıştı. Her nükleer reaksiyonda bu ilişki kullanılmıştır ve ölçülen sonuçlara ulaşılmıştır. Mesela, nükleer fizyon ve nükleer füzyon sonucu açığa çıkan enerji hesaplamalarında kullanılır.

II. 4. D – Hızların Toplamı

İki inceleme: (i) ışığın sapması ve (ii) Fresnel (drag) katsayısı hesapları için hızların toplanması teoremi kullanıldı ve hesaplarla deney sonuçlarının uyumlu olduğu görüldü.

II. 4. E – Rölativistik Doppler Etkisi

Şekil (2.2), bize deney sonuçlarıyla, rölativistik hesap sonuçlarının uyumlu olduğunu gösteriyordu.

Özel rölativite teorisine göre, bir parçacığın ışıktan daha hızlı gitmesi mümkün değil. Çünkü, parçacığı ışık hızına kadar hızlandırmak için ¥ enerji gerekir. Buna rağmen, bilim adamları parçacığın ışıktan daha hızlı gidebileceğini ifade eden ciddi öneriler yapmaktan yılmamışlardır. Böylece parçacıklara “takyonlar” (Yunanca “hızlı” anlamına gelen tachus’tan gelir.) adı verildi. Bilim adamları, ışıktan daha hızlı hareket edenbir parçacığın mevcut olmaması için hiçbir sebep olmadığını söylerler. Bu tarz bir parçacık takyondur. Takyonlar, imajiner durgun kütleye ve reel enerji ve momentuma sahiptirler. Takyonun bir başka özelliği de enerji kaybettikçe hızlanmasıdır ve ¥ hıza ulaşıncaya kadar hızlanır. ¥ hıza eriştiği zaman, hiçbir enerjiye sahip olmaz.

Bir gama ışın kaynağını (Gama ışın kaynağı, çok yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalardır.) Cs¹³⁴ gibi, kurşun levhayla sararak takyonları elde etmeye çalıştılar.  Fotonların etkileşmesi sonucunda T₊ ve T_- takyon çiftlerinin oluşacağını düşündüler. Çift, eşit ve zıt yklü olmalıydı. Yüklü veya nötr bir takyon algılayamadılar. Einstein’ın özel rölativite kuramının, bir kuasar içerisindeki gibi bazı uzay bölgelerinde başarısız olduğunu gösteren bazı işaretler vardır. Bu işaretler, kuasarların iç bölgelerinde takyonların varlığı olgusuna yol açar ancak henüz saptanamamıştır.

Eğer takyonlar algılanırsa ve varlıkları saptanırsa bu, fizik teorilerinin değişmesine yol açar.